[发明专利]一种基于侧扫声呐的海底目标定位方法和定位系统

说明书

本发明公开了一种基于侧扫声呐的海底目标定位方法和定位系统，侧扫声呐安装于船体外侧，其中定位方法包括：1、获取侧扫声呐的经纬度信息、船体姿态信息和侧扫声呐至海底平面的高度信息，得到声呐源的位置信息；2、计算姿态矫正矩阵；3、确定海底目标相对于声呐源的位置信息；4、利用姿态矫正矩阵T对海底目标的位置信息进行修正，得到海底目标在世界坐标系下的位置信息。该方法结合声呐源GPS坐标、水深距离、船体姿态参数，对海底目标与声呐源的相对位置信息进行修正，从而得到海底目标精确的位置信息。

技术领域

本发明属于水下目标定位技术领域，具体涉及一种基于侧扫声呐对海底目标进行定位的方法和系统。

背景技术

在专业海洋探测中，主要依赖声呐探测技术，侧扫声呐是常用设备之一，通过向海底主动发射声波信号，接收反射回来的声波信号，判断海底目标基本参数，从而绘制出海底地图。

侧扫声呐摆放有悬挂和拖曳式两种。其中，拖曳式侧扫声呐需要结合拖鱼，实施复杂且硬件成本高。同时，受船速、船向、水流速度和流向影响，这种作业方式决定了侧扫声呐的定位精度不是很高。悬挂式侧扫声呐，机械安装虽然简单，但不能根据实际情况进行调整并获取声纳准确姿态信息。因此，水下目标精确定位是目前侧扫作业中急需解决的问题，如何将清晰的水下图像与精确定位相结合是水下目标探测技术的关键。

传统的基于侧扫声呐进行目标定位方法是，以声呐信号发射点处的GPS坐标为中心，根据侧扫声呐收发信号时间，推算海底目标的具体位置。但船体在海中主要有旋转、俯仰和偏航三种姿态变化，每种姿态变化都将影响信号的扫描范围。因此，仅根据GPS坐标直接进行推算，海底目标的坐标必然存在偏差。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种基于侧扫声呐对海底目标进行定位的方法，该方法结合声呐源GPS坐标、水深距离、船体姿态参数，对海底目标与声呐源的相对位置信息进行修正，从而得到海底目标精确的位置信息。

技术方案：本发明一方面公开的一种基于侧扫声呐的海底目标定位方法，所述侧扫声呐安装于船体外侧，包括以下步骤：

(1)获取侧扫声呐的经纬度信息、船体姿态信息和侧扫声呐至海底平面的高度信息，得到声呐源的位置信息：

X_g1＝[x_g1 y_g1 H_g1 φ_pg1 φ_yg1 φ_rg1]

其中x_g1、y_g1分别为侧扫声呐的经纬度，H_g1为声呐源至海底平面的高度，φ_pg1、φ_yg1、φ_rg1分别为船体在世界坐标系下的俯仰角、偏航角和横滚角；

(2)计算姿态矫正矩阵T：

(3)以声呐源为原点，水平面上与航行方向垂直的方向为x轴，船航行方向为y轴，z轴与x轴和y轴成右手定则关系，建立声呐源坐标系C_S，确定海底目标相对于声呐源的位置信息：

X₁₂＝[x₁₂ y₁₂ H₁₂ φ_p12 φ_y12 φ_r12]

其中x₁₂为x轴上海底目标到声呐源的水平距离，计算公式为：